(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジングの軸心に対して偏心して内蔵され前記ハウジング内で回動可能なロータと、前記ハウジングの内周面に摺接する複数のベーンと、前記ベーンが摺動する複数のベーン溝と、を備えたベーン型内燃機関の気密構造であって、
前記ロータ内には、爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスを流入させる圧力ガス分配通路が複数配設され、
各前記圧力ガス分配通路は、前記ロータの軸心側でそれぞれ互いに連通して形成されるとともに、各前記ベーン溝と連通して形成され、
前記ロータの外周面の前記ベーン溝どうしの間には、各前記圧力ガス分配通路と連通して前記高圧の燃焼ガスが流入する流入口部がそれぞれ形成され、
各前記流入口部には、前記圧力ガス分配通路及び前記ベーン溝内の圧力を維持する逆止弁構造が配設され、
前記ベーン内には、前記ロータの半径方向に沿って、前記ベーン溝と連通して前記高圧の燃焼ガスが流入するガス通路が形成され、
前記ガス通路の前記ハウジングの内周面側の端部には、ベーン先端シールが嵌入され、
前記ベーン先端シールの先端部は、前記ハウジングの内周面側に突出する円弧状に形成され、
前記高圧の燃焼ガスが、前記各圧力ガス分配通路に流入するとともに、各前記圧力ガス分配通路と連通する各前記ベーン溝に流入して、各前記ベーンを前記ハウジングの内周面に押圧することを特徴とするベーン型内燃機関の気密構造。
【請求項２】
前記ベーンは、矩形平板状で前記ハウジングの内周面側の端面が前記ロータの径方向に直交して形成され、前記爆発行程を行なう領域の内側に位置する角部が、前記爆発行程時に前記ハウジングの内周面に摺接するように形成されていることを特徴とする請求項１記載のベーン型内燃機関の気密構造。
【請求項３】
前記ベーンには、前記ガス通路と、前記ベーン溝とを連通する通気孔が配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載のベーン型内燃機関の気密構造。
【請求項４】
前記逆止弁構造が、前記流入口部内に嵌入されて前記圧力ガス分配通路と連通して前記高圧の燃焼ガスを流通可能に形成された弁本体と、前記弁本体より前記ハウジングの内周面側に配設されて前記高圧の燃焼ガスを流入又は封止可能に形成された弁固定部材と、前記弁本体に形成されたガス通路内に収納された球体と、を有し、
前記爆発行程を行なう領域に位置する前記球体が、前記爆発行程時に前記圧力ガス分配通路側に移動して前記高圧の燃焼ガスを各前記圧力ガス分配通路に流入させ、他の領域に位置する前記逆止弁の前記球体が、前記弁固定部材に着接して前記高圧の燃焼ガスを封止することを特徴とする請求項１、２又は３記載のベーン型内燃機関の気密構造。
【請求項５】
前記ベーンと前記ベーン先端シールには、カーボンに金属を含浸させた部材が用いられていることを特徴とする請求項１、２、３又は４のいずれかに記載のベーン型内燃機関の気密構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベーン型内燃機関の爆発行程において発生する高圧の燃焼ガスを利用して、ベーンの気密性向上と摩擦低減を目的としたベーン型内燃機関の気密構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からベーン型内燃機関では、ベーンとべーンが挿入される溝摺動部、あるいは、ハウジング内周面と摺動するベーン先端部において、燃焼工程により発生する高温の燃焼ガスに対する、気密保持のシールについて種々提案されていた。
【０００３】
特許文献１においては、仕切板と呼ぶベーンの両側面を半円柱状のシールで挟みこれをスプリングで押し、かつ、仕切板先端部の溝にシールを差し込み、これをスプリングで押しているものが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２においては、ベーンの先端に先端ベーンを設け、バネでこれをハウジング内面に圧接しているものが記載されている。
【０００５】
本出願人は、ベーン型内燃機関についての特許文献３の出願をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２００１−１１５８４９号公報
【特許文献２】特開平１０−６８３０１号公報
【特許文献３】特開平２００８−４５５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１、２記載のベーン型内燃機関の気密保持方式は、構造が複雑なうえ気密性能が良くない。また、スプリングで圧接、押圧しているが、燃焼工程により発生する高温の燃焼ガスに影響される部位にあり、バネ荷重が熱によるへたりで大きく低下する課題が残されていて、実現化が困難となっていた。さらに、潤滑油を使用せずメンテナンスフリーの内燃機関の実現が望まれていた。
【０００８】
特許文献１のロータリ機関においては、ベーン１個あたり使用するスプリングが３個以上と推測され、１ロータ当り１５個以上と多数のスプリングを使用しているが熱によるへたりに関しては何ら開示されておらず、さらにシールの材質も不明でシールに関する潤滑油の洩れ防止対策も考慮されていない。
【０００９】
特許文献２のべーン回転式内燃機関におけるベーンは、案内体や、先端ベーンが挿入される溝等、寸法精度を必要とする部位の形状が複雑で高い加工精度が要求され、さらに案内体の数が１６と多数でありコストが高くなる。この構造では、潤滑手段は、絶対必要であるが実現化に困難が伴うこととなっていた。
【００１０】
特許文献３のベーン型内燃機関においてもシールに関して改良の余地があった。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、ベーンの気密を向上するとともに、摩擦が少なく簡単な構造で、潤滑油を用いずにメンテナンスフリーのべーン型内燃機関の気密構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明では、ハウジングと、前記ハウジングの軸心に対して偏心して内蔵され前記ハウジング内で回動可能なロータと、前記ハウジングの内周面に摺接する複数のベーンと、前記ベーンが摺動する複数のベーン溝と、を備えたベーン型内燃機関の気密構造であって、前記ロータ内には、爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスを流入させる圧力ガス分配通路が複数配設され、各前記圧力ガス分配通路は、前記ロータの軸心側でそれぞれ互いに連通して形成されるとともに、各前記ベーン溝と連通して形成され、前記ロータの外周面の前記ベーン溝どうしの間には、各前記圧力ガス分配通路と連通して前記高圧の燃焼ガスが流入する流入口部がそれぞれ形成され、各前記流入口部には、前記圧力ガス分配通路及び前記ベーン溝内の圧力を維持する逆止弁構造が配設され、前記ベーン内には、前記ロータの半径方向に沿って、前記ベーン溝と連通して前記高圧の燃焼ガスが流入するガス通路が形成され、前記ガス通路の前記ハウジングの内周面側の端部には、ベーン先端シールが嵌入され、前記ベーン先端シールの先端部は、前記ハウジングの内周面側に突出する円弧状に形成され、前記高圧の燃焼ガスが、前記各圧力ガス分配通路に流入するとともに、各前記圧力ガス分配通路と連通する各前記ベーン溝に流入して、各前記ベーンを前記ハウジングの内周面に押圧することを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明では、前記ベーンは、矩形平板状で前記ハウジングの内周面側の端面が前記ロータの径方向に直交して形成され、前記爆発行程を行なう領域の内側に位置する角部が、前記爆発行程時に前記ハウジングの内周面に摺接するように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明では、前記ベーンには、前記ガス通路と、前記ベーン溝とを連通する通気孔が配設されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明では、前記逆止弁構造が、前記流入口部内に嵌入されて前記圧力ガス分配通路と連通して前記高圧の燃焼ガスを流通可能に形成された弁本体と、前記弁本体より前記ハウジングの内周面側に配設されて前記高圧の燃焼ガスを流入又は封止可能に形成された弁固定部材と、前記弁本体に形成されたガス通路内に収納された球体と、を有し、前記爆発行程を行なう領域に位置する前記球体が、前記爆発行程時に前記圧力ガス分配通路側に移動して前記高圧の燃焼ガスを各前記圧力ガス分配通路に流入させ、他の領域に位置する前記逆止弁の前記球体が、前記弁固定部材に着接して前記高圧の燃焼ガスを封止することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明では、前記ベーンと前記ベーン先端シールには、カーボンに金属を含浸させた部材が用いられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明では、ロータ内には、高圧の燃焼ガスを流入させる圧力ガス分配通路をそれぞれ配設して、各圧力ガス分配通路を、ロータの軸心側でそれぞれ互いに連通するように形成するとともに、各ベーン溝とが連通するようにして形成している。ロータの外周面のベーン溝どうしの間に、圧力ガス分配通路と連通して爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスが流入する流入口部をそれぞれ形成している。
【００１９】
爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスを利用してベーンをハウジングの内周面に押圧することになるので、分割された各領域の気密を安定して保持することができる。
【００２０】
また、流入口部に、圧力ガス分配通路及びベーン溝内の圧力を維持する逆止弁構造を配設している。これにより、爆発行程時に、高圧の燃焼ガスを各圧力ガス分配通路及び各ベーン溝内に取り込み、それ以外の行程時には、高圧の燃焼ガスを各圧力ガス分配通路及び各ベーン溝内に封止して圧力を維持し、常時、分割された各領域の気密を保持することができる。さらに、ベーン内に、ロータの半径方向に沿って、ベーン溝と連通して高圧の燃焼ガスが流入するガス通路を形成して、ガス通路のハウジングの内周面側の端部に、ベーン先端シールを嵌入して、ベーン先端シールの先端部を、ハウジングの内周面側に突出する円弧状に形成している。これにより、ベーン自体の押圧と合わせてガス通路から流入する高圧の燃焼ガスでベーン先端シールをハウジングの内周面に押圧することになるので、分割された各室の気密をより確実に保持することができる。また、ベーン先端シールの先端部を円弧状に形成することで、ハウジングの内周面との摩擦を低減できるので、ベーン先端シールの先端部とハウジング本体部の内周面との摺接を円滑にすることができる。
【００２１】
請求項２記載の発明では、ベーンを、矩形平板状でハウジングの内周面側の端面がロータの径方向に直交して形成され、爆発行程を行なう領域の内側に位置する角部が、爆発行程時にハウジングの内周面に摺接するように形成している。
【００２２】
これにより、爆発行程時に、発生する高圧の燃焼ガスの流れが、ハウジングの内周面と摺接するベーンの角部で止められ、ベーンの角部を越えて廻りこむことを防止して、ベーンがロータ中心側に押し込まれないようにすることができる。
【００２５】
請求項３記載の発明では、ベーンに、ガス通路と、ベーン溝とを連通する通気孔を配設している。これにより、べーンと、ベーン溝との隙間に、爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスを流出させ、隙間に介在する高圧の燃焼ガスにより、ベーンを浮かせベーンと、ベーン溝との摩擦を減少させることができる。
【００２６】
請求項４記載の発明では、逆止弁構造を、流入口部内に嵌入され、前記圧力ガス分配通路と連通して高圧の燃焼ガスを流通可能に形成された弁本体と、弁本体よりハウジングの内周面側に配設され、高圧の燃焼ガスを流入又は封止可能に形成された弁固定部材と、弁本体に形成されたガス通路内に収納された球体と、で構成している。
【００２７】
爆発行程を行なう領域に位置する球体が、爆発行程時に圧力ガス分配通路側に移動して高圧の燃焼ガスを各圧力ガス分配通路に流入させ、他の領域に位置する球体が、弁固定部材に着接して高圧の燃焼ガスを封止する。
【００２８】
これにより、球体の移動により高圧の燃焼ガスの流入、封止の切替えがなされ、各圧力ガス分配通路及び各ベーン溝内の圧力を維持できるので、常時、分割された各室の気密を保持することができる。
【００２９】
請求項５記載の発明では、ベーンとべーン先端シールに、カーボンに金属を含浸させた部材を用いている。自己潤滑性を有するカーボン部材を用いることにより、潤滑油が必要でなくなるのでメンテナンスフリーとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態によるベーン型内燃機関の気密構造を示す断面図である。
【図２】図１におけるエンジンのハウジングとロータを示す分解斜視図である。
【図３】図２におけるロータとベーンとを示す分解斜視図である。
【図４】図１における爆発行程の室の部分拡大断面図である。
【図５】ベーンのハウジング本体部の内周面側の部分拡大断面図である。
【図６】逆止弁の（ａ）部分拡大断面図であり、（ｂ）（ａ）におけるＳ−Ｓ視断面図である。
【図７】本実施形態の気密構造の燃焼ガスＧの力を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明によるベーン型内燃機関の気密構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。本発明のベーン型内燃機関の気密構造（以下、気密構造という。）１００は、回転するロータに５枚のベーンを装着したベーン型内燃機関の圧力ガスの洩れ防止と、エンジンのメンテナンスフリーとを可能にするものである。
【００３２】
実施形態の気密構造１００におけるベーン型内燃機関（以下、エンジンという。）１は、図２に示すように、略円筒状のハウジング本体部３１と、ハウジング本体部３１の両側面に配置されて、ハウジング本体部３１の両端開口部を閉塞させる一対のサイドハウジング部３２、３２とを有するハウジング３と、ハウジング３に内蔵されて回動可能なロータ５と、ロータ５に装着されるベーン７と、を備えている。ハウジング３とロータ５との隙間には、図１に示すように、中空部６０が形成されている。
【００３３】
ハウジング本体部３１は、図１、２に示すように、軸線方向から見て軸心を中心に真円形に形成された内周面３１ａを有している。ハウジング本体部３１の外周面には、２箇所の肉盛部（第１の肉盛部３１ｂ、第２の肉盛部３１ｃ）が形成され、２箇所の肉盛部の間にボス部３１ｄが形成されている。
【００３４】
各サイドハウジング部３２、３２は、図２に示すように、円板状に形成され、ロータ５を側面から塞ぐようにハウジング本体部３１に装着されている。また、各サイドハウジング部３２、３２には、後述するロータ５の回転軸１４を支持する支持孔３２ａ、３２ａと、後述する吸気口１８、１８、排気口１９、１９となる円弧孔が形成されている。
【００３５】
ロータ５は、図２、３に示すように、ハウジング本体部３１の幅（軸線方向の長さ）と略同一の幅を有する円柱状に形成されるとともに、図１に示すように、ハウジング本体部３１の軸線方向の中心位置と偏心した位置に回転中心を有して配置されている。ロータ５の回転中心位置には、図２、３に示すように、動力の出力軸となる回転軸１４が配置されている。
【００３６】
ロータ５には、図１、２、３に示すように、回転軸１４から回転軸１４の径方向外側に向かって放射状に、ベーン７が摺動するベーン溝５１（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ）が、形成されている。各ベーン溝５１は、それぞれの間の角度を等角度にロータ５の幅方向全体にわたって五か所形成されている。各ベーン溝５１には、図１に示すように、ベーン７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）が挿入されている。
【００３７】
ロータ５の外周面５２には、図１、２、３に示すように、間の角度を等角度に五か所凹部５３（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ）が形成されている。この凹部５３は、後述する爆発行程において爆発の圧力を受ける際、回転する方向に圧力を受けやすいように、回転進行方向側が深く削りとられて形成されている（図１における矢印が回転する方向である）。
【００３８】
ロータ５内には、図１に示すように、爆発行程により発生する高圧の燃焼ガス（以下、燃焼ガスとする）Ｇを流入させる圧力ガス分配通路５４（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ）が、ロータ５の外周面５２側から回転軸１４側に向かって配設されている。各圧力ガス分配通路５４は、ロータ５の回転軸１４側でそれぞれ他の圧力ガス分配通路５４と連通して配設されている。ロータ５の回転方向において前側となる各圧力ガス分配通路５４と、ロータ５の回転方向において後ろ側となり隣接する各ベーン溝５１とは、ロータ５の軸線方向から見て略Ｙ字状に配置されている。隣接する各圧力ガス分配通路５４と各ベーン溝５１とは、各圧力ガス分配通路５４の略中央部かつ、各ベーン溝５１のロータ５の回転軸１４側で連通して形成されている。
【００３９】
ロータ５の外周面５２の各ベーン溝５１の間には、図１に示すように、各圧力ガス分配通路５４と連通して燃焼ガスＧを流入させる流入口部５５（５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ）がそれぞれ形成されている。
【００４０】
各流入口部５５には、図１に示すように、燃焼ガスＧを流通、封止させて、各圧力ガス分配通路５４及び各ベーン溝５１内の圧力を維持する逆止弁構造８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ）が配設されている。
【００４１】
本実施形態における各逆止弁構造８は、図６（ａ）に示すように、ハウジング本体部３１の内周面３１ａ側に配置されている弁固定部材８１と、流入口部５５に嵌入され弁固定部材８１よりロータ５の回転軸１４側に配置されている弁本体８２と、燃焼ガスＧを封止する球体８３と、を備えて構成されている。以下の各逆止弁構造８の構成の説明においては、対応するａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの符号は省略する。
【００４２】
弁固定部材８１は、内部に球体８３より小径のガス通路８１１を有して、円筒状に形成され、その外周面には、流入口部５５と螺合可能なねじ部８１２が形成されている。弁固定部材８１は、流入口部５５のハウジング本体部３１の内周面３１ａ側で螺合して配置され、一端がハウジング本体部３１の内周面３１ａ側に向かって開口し、他端が弁本体８２に向かって開口している。弁固定部材８１の弁本体８２側の端部には、ガス通路８１１の周囲に球体８３を着接させる球座部８１３が形成されている。
【００４３】
弁本体８２は、弁固定部材８１のガス通路８１１より大径に形成されたガス通路８２１を有して円筒状に形成されている。弁本体８２は、流入口部５５の圧力ガス分配通路５４側に嵌入して配置されている。弁本体８２は、一端が弁固定部材８１に向かって開口し、他端が圧力ガス分配通路５４に向かって開口している。ガス通路８２１の圧力ガス分配通路５４側は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、圧力ガス分配通路５４側に向かって縮径しているテーパ部８２２が形成されている。テーパ部８２２には、球体８３を着接させる球座部８２３を有して、弁本体８２の径方向内側に突出する突起部８２４が、等間隔に四か所形成されている。テーパ部８２２は、球体８３が球座部８２３に着接したときにおいても、突起部８２４以外の部分から燃焼ガスＧを流入可能に形成されている。
【００４４】
球体８３は、図６（ａ）に示すように、真球状に形成され、弁本体８２のガス通路８２１内を移動可能に配設されている。球体８３は、弁固定部材８１の球座部８１３に着接した時にガス通路８１１を封止可能に形成されている。球体８３は、弁本体８２の各球座部８２３と着接可能に形成されている。
【００４５】
ベーン７は、図１に示すように、ロータ５に形成されたベーン溝５１に挿入されている。各ベーン７は、中空部６０を５つの室６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ）に分割するように配置されている。
【００４６】
前述したロータ５の凹部５３は、図１に示すように、各室６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ）内ごとに形成されて、それぞれ凹部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅを形成する。
【００４７】
各ベーン７は、図３、４に示すように、カーボンに金属を含浸させた部材で、矩形平板状に形成されている。以下の各ベーン７の構成の説明においては、対応するａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの符号は省略する。図３に示すように、ハウジング本体部３１の軸心側から見て、回転方向の面にロータ５のベーン溝５１との摺動面７ｍ、７ｍが形成され、軸線方向の面にサイドハウジング部３２との摺動面７ｎ、７ｎが形成され、径方向外側にハウジング本体部３１の内周面３１ａとの摺動面７ｐが形成され、径方向内側に燃焼ガスＧによって押圧される押圧面７ｑが形成されている。
【００４８】
各摺動面７ｐは、図５に示すように、ロータ５の径方向に直交して形成されている。摺動面７ｐは、ロータ５の回転方向側の前角部７１１とその反対側の後角部７１２が、内周面３１ａに摺接するように形成されている。摺動面７ｐには、ロータ５の回転軸１４側に凹んで、後述するベーン先端シール９を嵌入可能な先端シール溝部７２１が、ロータ５の軸線方向全体にわたって形成されている。
【００４９】
各ベーン７内には、図１に示すように、ロータ５の半径方向に沿って、ベーン溝５１と連通して、燃焼ガスＧを流入するガス通路７２（７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅ）が形成されている。
【００５０】
以下の各ガス通路７２の構成の説明においては、一部を除いて対応するａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの符号は省略する。各ガス通路７２は、図５に示すように、上述した先端シール溝部７２１と、図４、５に参照するように、ロータ５の軸心側が開口した大径部７２２と、図５に示すように、先端シール溝部７２１と連通する小径部７２３と、大径部７２２から小径部７２３に向かって狭小に形成されたテーパ部７２４と、を備えている。ベーン７には、図４に参照するように、ガス通路７２と、ベーン溝５１とを連通する通気孔７３（７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ）が配設されている。
【００５１】
ベーン先端シール９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ）は、図３、４に示すように、カーボンに金属を含浸させた部材で角柱状に形成され、各先端シール溝部７２１の全体にわたって隙間をもたせて嵌入されている。ベーン先端シール９の内周面３１ａ側の端部は、図５に示すように、内周面３１ａ側に突出する円弧状に形成された摺動面９１を有している。
【００５２】
ハウジング本体部３１には、図１に示すように、燃料を噴射する燃料噴射ノズル１０と、燃焼ガスＧの流入と、低圧の空気の流入とを切り替えるバルブ室４と、燃料に点火する点火プラグ１２とが配置されている。
【００５３】
燃料噴射ノズル１０は、図１に示すように、第１の肉盛部３１ｂを、ハウジング本体部３１の軸心から偏心した方向へ挿通して配置されている。第１の肉盛部３１ｂには、燃料噴射ノズル１０から、回転するベーン７に向かって混合ガスが噴出できるように、噴出し口１０ａが配置されている。噴出された燃料は、回転するベーン７によって近死点側に運ばれるから、点火プラグ１２で点火する際には、混合ガスが圧縮された状態で点火される。
【００５４】
点火プラグ１２は、図１に示すように、ボス部３１ｄを、ハウジング本体部３１の軸心に向かって挿通して配置されている。ボス部３１ｄには、点火プラグ１２が混合ガス混合ガスに点火できるように点火口１２ａが配置されている。
【００５５】
点火プラグ１２の点火するタイミングは、ロータ５が回転されて各室６を構成する１対のベーン７の一方（回転方向に対して後方側に配置されたベーン７）が点火プラグ１２付近に達した時に行われる。
【００５６】
バルブ室４は、図１に示すように、第２の肉盛部３１ｃ内に形成されている。バルブ室４内には、過給気通路用バルブ（単にバルブとも言う。）１１が配置されている。バルブ１１は、後述するバルブ入口１５に対向する位置に来る、いずれか１つの室６内の空気又は燃焼ガスＧを流入するかどうかの開閉を行うものであり、バルブ室４内において、ばね部材１３で後述するガス導入路２０側に付勢されて移動可能に配置されている。
【００５７】
第２の肉盛部３１ｃには、図１に示すように、バルブ室４と室６とを連通するバルブ入口１５が形成されるとともに、バルブ室４を介してバルブ入口１５と接続する過給気通路入口１６が形成されている。過給気通路入口１６には、サイドハウジング部３２に形成された吸気口１８に接続する過給気通路１７が接続されている。
【００５８】
吸気口１８は、図１、２に示すように、大気を吸気できるようにサイドハウジング部３２から外部に連通するように形成されている。ロータ５の回転方向における吸気口１８の後側には、サイドハウジング部３２から外部に連通する排気口１９が形成されている。
【００５９】
第２の肉盛部３１ｃのロータ５の回転方向における後側には、バルブ入口１５に隣接して、室６と、バルブ室４とを接続するガス導入路２０が形成されている。
【００６０】
ガス導入路２０により、室６内の燃焼ガスＧがバルブ室４に導入されると、燃焼ガスＧの圧力がバルブ１１をばね部材１３の付勢力に打ち勝ってばね部材１３側に移動させてバルブ入口１５及び過給気通路入口１６を塞ぐ。
【００６１】
吸気口１８と、排気口１９は、ロータ５に形成された凹部５３の回転進行方向に対応した長孔状に形成されている。凹部５３が吸気口１８と合致すると、合致した凹部５３は、過給気通路１７と接続して過給気の吸気開口部２１となり、凹部５３が、排気口１９と合致すると、合致した凹部５３は、排気ガスを外部に放出する排気開口部２２となる。実施形態においては、排気口１９はロータ５の回転方向に対して吸気口１８の後ろ側に配置されている。つまり、ロータ５の凹部５３が排気口１９を通過した後、吸気口１８に向かうように配置されている。
【００６２】
上記のように構成された実施形態のエンジン１では、図１に示すように、ベーン７で区分けされた各室６において、ロータ５の回転でそれぞれの行程が行われる。この場合、各室６においてはロータ５の２回転で１回爆発が起こり、その間に膨張、排気、空気吸気、空気圧縮、過給、掃気、混合ガス吸気、混合ガス圧縮のそれぞれの行程が行われる。
【００６３】
エンジン１は、本出願人が先にした、特願２００６−２２３３３８号（特開平２００８−４５５１３号公報）のベーン型内燃機関を改良したものである。上述したエンジン１の各行程は、本願発明においても同じであるので詳細な説明は省略する。
【００６４】
次に気密構造１００の作用について説明する。図１の状態においては、室６Ａが爆発行程にあり、室６Ａ内で爆発した混合ガスは燃焼ガスＧとなり、図４に示すように、流入口部５５ａに設けられた逆止弁構造８ａ内に燃焼ガスＧは流入する。燃焼ガスＧによって流動する球体８３は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、弁本体８２に設けられた突起部８２４の球座部８２３に着接する。図４に示すように、弁本体８２の突起部８２４以外の隙間部分、すなわち、テーパ部８２２に沿った部分から、燃焼ガスＧが圧力ガス分配通路５４ａに流入する。圧力ガス分配通路５４ａ内に流入した燃焼ガスＧは、隣接するベーン溝５１ａに流入するとともに、連通する各圧力ガス分配通路５４内に流入する。
【００６５】
ベーン溝５１ａ内に流入した燃焼ガスＧは、図４に示すように、ベーン７ａの押圧面７ａｑに当たりベーン７ａを内周面３１ａ側に押圧するとともに、ベーン７ａ内のガス通路７２ａに流入する。ガス通路７２ａに流入した燃焼ガスＧは、通気孔７３ａからベーン７ａの摺動面７ａｍと対向するベーン溝５１ａの面との隙間に流出して、ベーン７ａを浮かせ摺動しやすい状態にするとともに、図５に参照するように、ベーン７ａの大径部７２２ａ、テーパ部７２４ａ、小径部７２３ａ、先端シール溝部７２１ａ、の順に流入して、ベーン先端シール９ａを押圧し、その摺動面９１ａを内周面３１ａに押圧する。
【００６６】
他の各圧力ガス分配通路５４内に流入した燃焼ガスＧ｛図６（ａ）中二点鎖線矢印で示す｝は、各流入口部５５に配設されたそれぞれの逆止弁構造８内に流入して、図６（ａ）の二点鎖線に示すように、弁固定部材８１の球座部８１３で球体８３を着接させる。球体８３が球座部８１３に着接することで、燃焼ガスＧが封止されて各圧力ガス分配通路５４と、各ベーン溝５１と、各ガス通路７２の圧力を維持する。
【００６７】
爆発行程時には、室６の容積は一番小さくなり、爆発による燃焼ガスＧにより室６内の圧力は最大となる、室６が爆発行程から膨張行程に進むにつれ、室６の容積は徐々に大きくなり、室６内の圧力が徐々に減少する。各圧力ガス分配通路５４と、各ベーン溝５１と、各ガス通路７２の圧力が、室６内の圧力を上回った時に燃焼ガスＧを流入させた逆止弁構造８の球体８３が球座部８１３に着接する。爆発行程を行なった室６の後行程の室６は、空気圧縮行程になるがこの時の圧力は、爆発行程の時よりも低いため、各圧力ガス分配通路５４と、各ベーン溝５１と、各ガス通路７２の圧力は、次の爆発行程まで維持されることになる。
【００６８】
次に室６内で発生した燃焼ガスＧと、ベーン７との気密性の関係を説明する。
【００６９】
図１の状態で室６Ａの内部にある混合ガスを点火プラグ１２で着火すると、燃焼爆発した燃焼ガスＧの衝撃圧力は、ベーン７ａ、ベーン７ｅ及び逆止弁構造８ａにかかる。このとき、図４に示すように、室６Ａの内側に位置する、ベーン７ａの前角部７１１ａは内周面３１ａと線接触し、ベーン７ｅの後角部７１２ｅは内周面３１ａと線接触する。これにより、燃焼ガスＧが各ベーン先端シール９側に回り込まなくして、ベーン７ａ、ベーン７ｅをロータ５の回転軸１４側に押し込まれないようにすることで、エンジン１の気密を保持することができる。
【００７０】
さらに、図１において行程が進みロータ５が矢印に示す回転方向に回転して、図１において室６Ｅであった領域に燃焼ガスＧがあるとき、図４に示すように、内周面３１ａとベーン７ｅの位置まで移動することになるベーン７ａの前角部７１１ａは離れている。このため、図１において室６Ｅであった領域にある燃焼ガスＧは、ベーン７ｅの位置まで移動したベーン７ａとベーン先端シール９ａをロータ５の回転軸１４側に押し込む。この際、燃焼ガスＧは、逆止弁構造８ａにも各圧力ガス分配通路５４と、各ベーン溝５１と、各ガス通路７２にかかる圧力と、同じ圧力をかけている。すなわち、内周面３１ａ側から燃焼ガスＧが、ベーン先端シール９ａの摺動面９１を押し込む力と、ベーン７の押圧面７ｑ及びベーン先端シール９の底面を押し出す力は、等しくなる。
【００７１】
この状態では、図５に示すように、摺動面９１及び摺動面７ｐはそれぞれ前角部７１１側半分で内周面３１ａを押圧しているので、図４に示す押圧面７ｑの約二分の一の面積で燃焼ガスＧの圧力を受けていることになる。その圧力がかかる面積比で約１：２となり内周面３１ａに押し付ける力が勝るから室６Ａ内の気密は保たれる。
【００７２】
図７において、気密性を詳細に説明する。ベーン７に加わる燃焼ガスＧの力はその投影面積に比例するから、加わる力の大きさと、その方向を模式的に矢印で示す。単位面積あたりに加わる燃焼ガスＧの力を矢印１個として、ベーン７に対し室６側からベーン溝５１へ押し込む力と、ベーン溝５１から内周面３１ａに押し付ける力の対比を、その矢印の数で示した。なお、以下の説明においては、作図上ベーン溝５１とベーン７との隙間と、ベーン先端シール９と先端シール溝部７２１との隙間は、広めに強調してある。また、矢印の図面上の大きさは、力の大きさと比例しない。ベーン７とベーン先端シール９は、同じ厚みがあるものとする。投影面積にかかる数字については、他の符号と区別するため、字体を変えてある。
【００７３】
ベーン７において、図７に示すように、ロータ５の回転後ろ側のベーン先端シール９ａの摺動面９１と後角部７１２との間には、燃焼ガスＧ側には、燃焼ガスＧが回り込まない。よって、ベクトル２３は、投影面積が２であるので矢印２個、ベクトル２４は、投影面積が２であるので矢印２個であり、合計投影面積は４、矢印４個に対し、ベクトル２５は投影面積が６であるので矢印６個であり、その結果２：３の比率から内周面３１ａに押し付ける力の方が大きくなり、ベーン７は隔壁として気密を保つことができる。
【００７４】
ベーン先端シール９において、ロータ５の回転後ろ側のベーン先端シール９ａの摺動面９１には、燃焼ガスＧ側には、燃焼ガスＧが回り込まない。よって、ベクトル２６は投影面積が１であるので矢印１個に対し、ベクトル２７は投影面積が２であるので矢印２個であり、その結果１：２の比率から内周面３１ａに押し付ける力の方が大きくなり、ベーン先端シール９は、隔壁として気密を保つことができる。
【００７５】
ベーン先端シール９と先端シール溝部７２１との隙間において、ロータ５の回転後ろ側のベーン先端シール９ａの摺動面９１と後角部７１２との間には、燃焼ガスＧ側には、燃焼ガスＧが回り込まない。よって、ベクトル２８は、投影面積が２であるので矢印２個となり、反対側は、矢印０個となるので、浮動するベーン先端シール９を先端シール溝部７２１の端面に押し付けることで、先端シール溝部７２１から燃焼ガスＧが、隣接する室６に洩れることがない。
【００７６】
ベーン７と、ベーン先端シール９の材質は、カーボンに金属を含浸させたものを用いている。カーボンは、自己潤滑性と耐熱性を有しており、これに金属を含浸させることにより、強度を増加させることができる。ベーン７と、ベーン先端シール９とを同一の材質とすることで、高温に曝されても熱膨張率が同じとなるとともに、潤滑性が良好となるので、嵌合隙間を最小にできる。
【００７７】
本実施形態の気密構造１００では、爆発行程により発生する燃焼ガスＧが、爆発行程を行なう室６に位置する流入口部５５、圧力ガス分配通路５４の順に流入して、連通する他の各圧力ガス分配通路５４内に流入するとともに、各圧力ガス分配通路５４と連通する各ベーン溝５１に流入して、ベーン７をハウジング本体部３１の内周面３１ａに押圧するようにしている。
【００７８】
爆発行程により発生する燃焼ガスＧを利用してベーン７をハウジング本体部３１の内周面３１ａに押圧することになるので、熱によるへたり等の影響がなくなり、分割された各室６の気密を安定して保持することができる。
【００７９】
また、流入口部５５に、燃焼ガスＧを流入又は封止させて圧力ガス分配通路５４及びベーン溝５１内の圧力を維持する逆止弁構造８を配設している。これにより、爆発行程時に、燃焼ガスＧを各圧力ガス分配通路５４及び各ベーン溝５１内に取り込み、それ以外の行程時には、燃焼ガスＧを各圧力ガス分配通路５４及び各ベーン溝５１内に封止して、常時、分割された各室６の気密を保持することができる。
【００８０】
また、ベーン７を、矩形平板状でハウジング本体部３１の内周面３１ａ側の摺動面７ｐをロータ５の径方向に直交させて形成して、爆発行程を行なう室６の内側に位置する前角部７１１、後角部７１２が、爆発行程時にハウジング本体部３１の内周面３１ａと摺接するように形成している。
【００８１】
これにより、爆発行程時に発生する燃焼ガスＧの流れが、ハウジング本体部３１の内周面３１ａと摺接するベーン７の前角部７１１、後角部７１２で止められ、ベーンの角部７１を越えて廻りこむことを防止して、ベーン７がロータ５中心側に押し込まれないようにすることができる。
【００８２】
また、ベーン７内に、ロータ５の半径方向に沿ってベーン溝５１と連通して燃焼ガスＧを流入するガス通路７２を形成して、ガス通路７２のハウジング本体部３１の内周面３１ａ側に、ベーン先端シール９を嵌入して、ベーン先端シール９の摺動面９１をハウジング本体部３１の内周面３１ａ側に突出する円弧状に形成している。
【００８３】
これにより、ベーン７自体の押圧と合わせてガス通路７２から流入する燃焼ガスＧでベーン先端シール９をハウジング本体部３１の内周面３１ａに押圧することになるので、分割された各室６の気密をより確実に保持することができる。また、ベーン先端シール９の摺動面９１を円弧状に形成することで、ハウジング本体部３１の内周面３１ａとの摩擦を低減できるので、ベーン先端シール９の摺動面９１とハウジング本体部３１の内周面３１ａの摺接を円滑にすることができる。
【００８４】
また、ベーン７に、ガス通路７２と、ベーン溝５１とを連通する通気孔７３を配設している。これにより、ベーン７と、ベーン溝５１との隙間に、爆発行程により発生する燃焼ガスＧを流出させ、隙間に介在する燃焼ガスＧにより、ベーン７を浮かせてベーン７と、ベーン溝５１との摩擦を減少させることができる。
【００８５】
また、逆止弁構造８を、流入口部５５内に嵌入されて圧力ガス分配通路５４と連通して燃焼ガスＧを流通可能に形成された弁本体８２と、弁本体８２よりハウジング本体部３１の内周面３１ａ側に配設されて燃焼ガスＧを流入又は封止可能に形成された弁固定部材８１と、弁本体８２に形成されたガス通路８２１内に収納された球体８３と、で構成している。
【００８６】
爆発行程の室６に位置する球体８３が、爆発行程時に圧力ガス分配通路５４側に移動してＧ燃焼ガスを各圧力ガス分配通路５４に流入させ、他の領域に位置する球体８３が、弁固定部材８１の球座部８１３に着接して燃焼ガスＧを封止する。
【００８７】
これにより、球体８３の移動により燃焼ガスＧの流入、封止の切替えがなされ、各圧力ガス分配通路５４及び各ベーン溝５１内の圧力を維持できるので、常時、分割された各室６の気密を保持することができる。
【００８８】
また、ベーン７とベーン先端シール９に、カーボンに金属を含浸させた部材を用いている。自己潤滑性を有するカーボン部材を用いることにより、潤滑油が必要でなくなるのでメンテナンスフリーとすることができる。
【００８９】
他の実施例として、エンジン１の始動時や停止時に補助的にばね部材を用いて、ベーン７をハウジング本体部３１の内周面３１ａ側に付勢することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
１００  気密構造
１  エンジン
３  ハウジング
３１  ハウジング本体部
３１ａ  内周面
３２  サイドハウジング部
５  ロータ
５１  ベーン溝
５２  外周面
５４  圧力ガス分配通路
５５  流入口部
７  ベーン
７１  角部
７１１  前角部
７１２  後角部
７２  ガス通路
７３  通気孔
８  逆止弁構造
８１  弁固定部材
８２  弁部材
８３  球体
９  ベーン先端シール
９１  摺動面
Ｇ  燃焼ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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